Тема 4. Основные термодинамические процессы идеальных газов.

Программа. Термодинамические процессы идеальных газов: изохорный, изотермический, адиабатный и политропный. Аналитическое ис-

следование их и графическое изображение в p-v и T-s диаграммах.

Методические указания. Надо ясно себе представлять методику анализа термодинамических процессов. Уметь правильно представлять любой процесс в p-v и T-s диаграммах, изменение внутренней энергии, ра-

боты и тепла в этом процессе. Следует иметь представление об обобща-ющем значении политропного процесса и уметь получать из общих вы-

ражений, относящихся к политропному процессу, частные, относящиеся к изобарному, изохорному, изотермическому и адиабатному процессам.

Тема 5. Второй закон термодинамики.

Программа. Круговые термодинамические процессы или циклы. Прямые или обратные циклы. Обратимые и необратимые циклы. Оценка эффективности прямого и обратного циклов. Прямой обратимый цикл Карно и его термический КПД. Обратимый цикл Карно и его холодильный коэффициент. Теорема Карно. Энтропия как функция состояния. Сущность второго закона термодинамики и его основные формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии и работоспособность изолированной термодинамической сис-темы при обратимых и необратимых процессах. Термодинамические цик-лы в диаграммах. Термодинамическая шкала температур. Абсолютный нуль температуры. Эксергия как мера работоспособности. Эксергетичес-кий метод анализа работы тепловых машин.

Методические указания. Необходимо знать различие между обратимыми и необратимыми процессами, представлять формы проявления необратимости. Ясно представлять, что второй закон термодинамики устанавливает необходимые и достаточные условия, при которых возможно превращение теплоты в работу в периодически действующих тепловых машинах. Знать различные формулировки второго закона термодинамики и их общность. При этом надо учитывать, что естественные процессы не могут идти самостоятельно ( без каких- либо изменений в окружающих телах в прямом и обратном направлениях). Чем отличается обратимый цикл от необратимого, прямой от обратного? Чем оценивается эффективность прямого и обратного циклов? Почему невозможен “вечный двигатель второго рода”; который, действуя непрерывно, превращал бы работу некоторого источника целиком в механическую работу? Каковы роль и значение цикла Карно в термодинамике? Зависит ли термический КПД цикла Карно от свойств рабочего тела? - все эти вопросы должны быть глубоко проработаны. Необходимо осмыслить энтропию как термодинамический параметр, ее физический смысл и значение. Как связано изменение энтропии с необратимостью процесса?

Тема 6. Дифференциальные уравнения состояния.

Равновесие термодинамических систем.

Программа. Характеристические функции. Внутренняя энергия, энтальпия, свободная энергия (изохорно-изотермический потенциал) и свободная энтальпия (изобарно-изо-термический потенциал). Дифференциальные состояния термодинамики. Термические коэффициенты и связь между ними. Зависимость изобарной и изохорной теплоемкостей от объема и давления. Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями для веществ с любыми свойствами. Условия термодинамического равновесия. Фазовые переходы, правило фаз Гиббса. Фазовые диаграммы.

Методические указания. Характеристические функции и дифференциальные уравнения составляют основу математического аппарата термодинамики, поэтому усвоение материала этого раздела является особенно важным. В том случае, когда система обменивается с окружающей средой теплотой и механической работой (тепломеханическая система), имеются четыре характеристические функции: внутренняя энергия u, энтальпия i, свободная энергия (изохорно-изотермический потенциал) f и свободная энтальпия (изобарно-изотермический потенциал) . Характеристической называется такая функция состояния, частная производная которой по определенным образом выбранному параметру равна параметру с ним сопряженному. Сопряженными параметрами являются T и s, p и v. Необходимо уметь практически использовать дифференциальные уравнения термодинамики для нахождения различных термодинамичес-ких величин и для решения термодинамических задач.

Термодинамические потенциалы используются для исследования ус-ловий равновесия и его устойчивости. Следует обратить внимание на особенности связи между различными термодинамическими величинами, которые позволяют вывести теоретическое уравнение состояния вещества, исследовать фазовые переходы. Необходимо уметь различать фазовые диаграммы p-T, T-s, p-v для стабильных состояний различных рабочих тел.

П часть

IV Модуль